CN105572133B - 瑕疵检测方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种瑕疵检测方法及其装置。该瑕疵检测方法包含:依据待测工件的结构，对待测工件表面的至少一个待测区域，决定至少一个入射路径与至少一个反射路径，此待测区域、入射路径与反射路径均一一对应；对此些待测区域中每一个待测区域，以光源依据对应的入射路径照射此待测区域；对此些待测区域中每一个待测区域，依据对应的反射路径，使光源照射于此待测区域的反射光成像至屏幕以得到反射图像，此反射图像与此待测区域一一对应；以及分析此反射图像以判断待测工件的表面是否有瑕疵。

Description

瑕疵检测方法及其装置

技术领域

本发明是关于一种瑕疵检测方法及其装置，特别是关于一种利用光源照射工件表面的瑕疵检测方法及其装置。

背景技术

随着科技进步，消费者市场对于产品的要求也日益提升，因此在水五金加工产品在出货之前，都需要进行百分之百的人工目测检验。然而此生产流程的困难点在于为人工判断会因人而异，且容易因长时间工作而减损其质量，在质量上的变异造成管理的困扰。另外，因劳动人口逐年下降，劳动力的因素也为人力管理层面带来隐忧。

发明内容

有鉴于上述的问题，本发明提出一种利用光源照射工件表面的瑕疵检测方法及其装置，提升自动化瑕疵检测的正确性与便利性。

依据本发明一实施例所实现的一种瑕疵检测方法，包含：依据待测工件的结构，对待测工件表面的至少一个待测区域，决定至少一个入射路径与至少一个反射路径，此待测区域、入射路径与反射路径均一一对应。对此些待测区域中每一个待测区域，以光源依据对应的入射路径照射此待测区域。对此些待测区域中每一个待测区域，依据对应的反射路径，使光源照射于此待测区域的反射光成像至屏幕以得到反射图像，此反射图像与此待测区域一一对应。以及分析此反射图像以判断待测工件是否有瑕疵。

依据本发明一实施例所实现的一种瑕疵检测装置，包含：控制模块、光源模块、屏幕及检测模块。控制模块用以依据待测工件的结构，对待测工件表面的至少一个待测区域，决定至少一个入射路径与至少一个反射路径，此待测区域、入射路径与反射路径均一一对应。光源模块用以对此些待测区域中每一个待测区域，依据对应的入射路径照射此待测区域。屏幕用以对此些待测区域中每一个待测区域，依据对应的反射路径，使光源照射于此待测区域的反射光成像至屏幕以得到至少一个反射图像，此反射图像与此待测区域一一对应。以及检测模块用以分析此反射图像以判断待测工件是否有瑕疵。

综上所述，本发明的瑕疵检测方法及装置，利用光源照射待测工件的待测区域，以其反射光投射至屏幕后，撷取并分析反射图像，判断待测工件是否有瑕疵，提升自动化瑕疵检测的正确性与便利性。

以上的关于本发明内容的说明及以下的实施方式的说明用以示范与解释本发明的精神与原理，并且提供本发明的权利要求更进一步的解释。

附图说明

图1是依据本发明一实施例的瑕疵检测方法的流程图。

图2A是依据本发明一实施例的瑕疵检测装置的结构图。

图2B是依据本发明一实施例的瑕疵检测装置的功能方块图。

图3A是依据本发明一实施例的以计算机辅助设计立体图决定一个检测区域、入射路径与反射路径的示意图。

图3B是对应于图3A，以光源照射来撷取反射图像的运作示意图。

图4A是依据本发明一实施例的单一检测区域与反射图像的示意图。

图4B是依据本发明一实施例的单一反射图像检测瑕疵的流程图。

图4C是依据本发明一实施例的基准图像与亮度等高线的示意图。

图4D是依据本发明一实施例的具有瑕疵的反射图像与亮度等高线的示意图。

图4E是依据本发明另一实施例的单一反射图像检测瑕疵的流程图。

图4F是依据本发明另一实施例的具有瑕疵的反射图像与亮度等高线的示意图。

图5A是依据本发明一实施例的多个检测区域与反射图像的示意图。

图5B是依据本发明一实施例的多张反射图像检测瑕疵的流程图。

图5C是依据本发明一实施例的无瑕疵工件检测区域的平均亮度值示意图。

图5D是依据本发明一实施例的具有瑕疵的检测区域的平均亮度值示意图。

图5E是依据本发明另一实施例的多张反射图像检测瑕疵的流程图。

图5F是依据本发明另一实施例的无瑕疵工件检测区域的亮度分布值示意图。

图5G是依据本发明另一实施例的具有瑕疵的检测区域的亮度分布值示意图。

【符号说明】

20-控制模块；

21-光源模块；

22-待测工件；

23-屏幕；

24-机械手臂；

25-机台；

201-图像撷取单元；

202-存储单元；

203-运算单元；

11-检测区域；

12-法向量；

21-入射路径；

31-反射路径；

1-汤匙表面；

2-光源；

3-屏幕。

具体实施方式

以下在实施方式中详细叙述本发明的特征，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、权利要求及附图，任何本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的。以下的实施例是进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。

请参照图1，图1是依据本发明一实施例的瑕疵检测方法的流程图。如图1所示，本发明的瑕疵检测方法是依据下列步骤：首先，在步骤S101中，依据待测工件的结构，对待测工件表面的至少一个待测区域，决定对应的入射路径与反射路径。在步骤S103中，对每一个待测区域，以光源依据此待测区域对应的入射路径照射此待测区域。在步骤S105中，对每一个待测区域，依据对应的反射路径，使光源照射于此待测区域的反射光成像至屏幕以得到至少一个反射图像。而在步骤S107中，分析反射图像以判断待测工件是否有瑕疵。

对应上述的瑕疵检测方法，本发明的瑕疵检测装置请搭配图1参照图2A，图2A是依据本发明一实施例的瑕疵检测装置的结构图。如图2A所示，首先控制模块20可依据数据库中存储的待测工件22的计算机辅助设计(computer-aid design，CAD)立体图，以图中所描绘待测工件22的结构模型决定一个检测区域，并决定对应的入射路径与反射路径(如同步骤S101)。接着，光源模块21依据前述的入射路径照射待测工件22(如同步骤S103)。而后反射光依据反射路径成像至屏幕23(如同步骤S105)。其中，光源模块21可以是面型激光光源，屏幕23可以是一般屏幕或是光源接收器，本发明并不以此为限。

此外，若待测工件的待测区域不大，则光源模块21、待测工件22及屏幕23的位置可保持不变，但若待测工件的待测区域较大或需检测多个待测区域时，则光源模块21、待测工件22及屏幕23的位置则可依据需求而改变。如图所示，若待测工件22不易移动时，本发明的瑕疵检测装置则可通过机械手臂24移动光源模块21照射欲检测的待测区域。相反的，若待测工件22某些角度不易检测时，瑕疵检测装置也可通过机台25移动或翻转待测工件22，本发明并不以此为限制。

接着，本发明的检测模块请搭配图1参照图2B，图2B是依据本发明一实施例的瑕疵检测装置的功能方块图。如图2B所示，检测模块2包含图像撷取单元201、存储单元202以及运算单元203。图像撷取单元201用以撷取屏幕23的反射图像，在实务上，图像撷取单元201可以是摄影机、录像机等可撷取图像的工具，本发明并不以此为限。存储单元202与图像撷取单元201电性连接，用以存储撷取下来的反射图像与相关检测信息。运算单元203与存储单元202电性连接，用以根据撷取的反射图像分析该待测工件是否有瑕疵(如同步骤S107)，以下将详细叙述本发明的检测方法。

请参照图3A，图3A是依据本发明一实施例的以计算机辅助设计立体图决定一个检测区域、入射路径与反射路径的示意图。如图3A所示，控制模块(未绘示于图中)可依据数据库中存储的待测工件1的计算机辅助设计立体图，以图中所描绘待测工件1的结构模型决定一个检测区域11，并决定对应的入射路径21与反射路径31。决定对应的入射路径21与反射路径31的方法是依据检测区域11表面的一点A决定其法向量12。接着，依据法向量12与A点，决定一个光源入射角θ，因此可以决定对应的入射路径21与反射路径31。其中，依据法向量12决定入射角θ和入射路径21与反射路径31时，其考虑在于需通过发射的面型激光照射到测区域11全部的表面，并完整反射到屏幕上。当入射路径21与反射路径31确定后，请一并参照图3B，图3B是对应于图3A，以光源照射来撷取反射图像的运作示意图。如同前述，光源2即可依据入射路径21发射一面型激光，照射待测区域11，其反射光即依据反射路径31成像至屏幕3。

其中，在一实施例中，当待测工件的待测区域不大时，其撷取到的反射图像是一单张反射图像。举例来说，请参照图4A，图4A是依据本发明一实施例的单一检测区域与反射图像的示意图。如图4A所示，其待测工件是指一汤匙，检测区域是指汤匙表面1。光源2依据入射路径照射汤匙表面1，反射光依据反射路径成像至屏幕3。

在一实施例中，当反射图像是一单张反射图像时，判断该待测工件是否有瑕疵的步骤，请参照图4B，图4B是依据本发明一实施例的单一反射图像检测瑕疵的流程图。如图4B所示，检测瑕疵的步骤包含：首先，在步骤S401中，比对关于待测工件的基准图像与反射图像。接着，在步骤S403中，判断基准图像的至少一个像素与反射图像中对应的至少一个像素的亮度差是否超过一亮度差阀值，若是，则待测工件具有瑕疵。反之则待测工件不具有瑕疵。

举例来说，请参照图4C与图4D，图4C是依据本发明一实施例的基准图像与亮度等高线的示意图。图4D是依据本发明一实施例的具有瑕疵的反射图像与亮度等高线的示意图。如图4C所示，基准图像事先存储在检测模块里的一张标准的反射图像，A1至A3为三条亮度等高线，分别由深到浅代表反射图像中具有相同亮度值的像素，若沿着一横轴X1观察，则可得到图4C下方的亮度曲线，B1至B3分别一一对应A1至A3的亮度值。当待测工件不具有瑕疵时，其亮度等高线应如本图的亮度曲线所示，为一平缓，变化不大的曲线。当取得待测工件的反射图像，且反射图像具有瑕疵时，如图4D所示，假设等高线A4内的像素为瑕疵，其亮度与图4C中对应区域内的像素的亮度明显不同(假设是较亮)。因此，其沿着横轴X1观察所得到的亮度曲线反应出一显着突起并且该像素在基准图像与反射图像的亮度差超过亮度差阀值，因此检测模块在将基准图像与反射图像一一对应的像素亮度值逐一沿着横轴X1比对时可检测出此差异，从而判断此待测工件具有瑕疵。反之，则判断此待测工件不具有瑕疵。

在另一实施例中，当反射图像是一单张反射图像时，判断该待测工件是否有瑕疵的步骤请参照图4E，图4E是依据本发明另一实施例的单一反射图像检测瑕疵的流程图。如图4E所示，检测瑕疵的步骤包含：首先，在步骤S401中，分析该反射图像中多个像素。接着，在步骤S403中，判断此些像素中任意两相近像素的亮度差是否超过一亮度差阀值，若是，则待测工件具有瑕疵。反之，则待测工件不具有瑕疵。

举例来说，请参照4F图，图4F是依据本发明另一实施例的具有瑕疵的反射图像与亮度等高线的示意图。如图4F所示，假设等高线A4内的像素为瑕疵，其亮度与本图中其他区域内的像素的亮度明显不同(假设是较亮)。因此，其沿着横轴X1观察所得到的亮度曲线反应出一显着突起并且相近两像素P1与P2的亮度差(D2-D1)超过亮度差阀值，因此检测模块在逐一沿着横轴X1判断此些像素中任意两相近像素的亮度差是否超过一亮度差阀值时可检测出此差异，从而判断此待测工件具有瑕疵。反之，则判断此待测工件不具有瑕疵。此外，相近两像素的定义可以是两像素的距离(沿某一轴项)在某一范围内，本发明并不以此为限。

举例来说，假设相近的定义为两像素的水平像素差小于10个像素，亮度差阀值为10，且P1与P2的水平像素相差为5，亮度差为20。则检测模块沿着横轴X1逐一检测时，则可发现P1与P2的亮度差超过亮度差阀值，从而检测出此待测工件具有瑕疵。

此外，在另一实施例中，当待测工件的待测区域是多个区域时，其撷取到的反射图像是多张反射图像。举例来说，请参照图5A，图5A是依据本发明一实施例的多个检测区域与反射图像的示意图。如图5A所示，其检测区域是指检测区域11至13。光源2依序依据入射路径照射检测区域11至13，反射光则依序依据反射路径成像至屏幕3形成多张反射图像。

在一实施例中，当反射图像是多张反射图像时，判断该待测工件是否有瑕疵的步骤，请参照图5B，图5B是依据本发明一实施例的多张反射图像检测瑕疵的流程图。如图5B所示，检测瑕疵的步骤包含：首先，在步骤S501中，对每一个反射图像计算对应的平均亮度值，以得到多个平均亮度值。接着，在步骤S503中，判断此些平均亮度值其中之一是否属于一亮度区间。若是，则待测工件具有瑕疵。反之，则待测工件不具有瑕疵。

举例来说，请参照图5C，图5C是依据本发明一实施例的无瑕疵工件检测区域的平均亮度值示意图。如图5C所示，图中的每个像素的亮度值均代表一个待测区域的平均亮度值。若沿着横轴X1观察可得平均亮度曲线S1，若沿着横轴Y1观察可得平均亮度曲线S2。当待测工件不具有瑕疵时，其平均亮度曲线应如本图的亮度曲线S1与S2所示，为一平缓，变化不大的曲线，且平均亮度曲线S1的值皆属于亮度区间I1至I2中，平均亮度曲线S2的值皆属于亮度区间I3至I4中。

请再搭配图5C参照图5D，图5D是依据本发明一实施例的具有瑕疵的检测区域的平均亮度值示意图。如图5D所示，假设区域D内的像素为瑕疵，其亮度与本图中其他区域内的像素的亮度明显不同(假设是较亮)，则代表此些像素所对应的待测区域为瑕疵，且平均亮度曲线S1的值部分超过亮度区间I1，平均亮度曲线S2的值部分超过亮度区间I3。因此检测模块在逐一沿着横轴X1与纵轴Y1比对平均亮度值时可检测出此差异，从而判断此待测工件具有瑕疵。

在另一实施例中，当反射图像是多张反射图像时，判断该待测工件是否有瑕疵的步骤，请参照图5E，图5E是依据本发明另一实施例的多张反射图像检测瑕疵的流程图。如图5E所示，检测瑕疵的步骤包含：首先，在步骤S501中，对每一该反射图像计算对应的一亮度分布值，以得到多个亮度分布值。接着，在步骤S503中，判断此些亮度分布值其中之一是否超过一亮度分布阀值。若是，则待测工件具有瑕疵。反之，则待测工件不具有瑕疵。

举例来说，请参照图5F，图5F是依据本发明另一实施例的无瑕疵工件检测区域的亮度分布值示意图。如图5F所示，图中的每个像素的亮度值均代表一个待测区域的亮度分布值。若沿着横轴X1观察可得亮度分布曲线S1，若沿着横轴Y1观察可得亮度分布曲线S2。当待测工件不具有瑕疵时，其亮度分布曲线应如本图的亮度分布S1与S2所示，为一平缓，变化不大的曲线，且亮度分布曲线S1的值皆不超过亮度分布阀值I1，亮度分布曲线S2的值皆不超过亮度分布阀值I3。其中上述亮度分布值是指对应待测区域的亮度变异数(variance)。

其中，上述亮度变异数是将待测区域中所有像素的亮度值计算其变异数，其意义在于若此待测区域为瑕疵，则此区域有可能是凹凸不平，其亮度表现相对变化大，若此区域不是瑕疵，则亮度较为平均无变化。因此具有瑕疵的区域则具有较大的亮度变异数。

请再搭配图5F参照5G图，图5G是依据本发明另一实施例的具有瑕疵的检测区域的亮度分布值示意图。如图5G所示，假设区域G内的像素为瑕疵，其亮度与本图中其他区域内的像素的亮度变化明显不同(假设是亮暗不均)，则代表此些像素所对应的待测区域为瑕疵，且亮度分布值曲线S1的值部分超过亮度分布阀值I1，亮度分布值曲线S2的值部分超过亮度分布阀值I3。因此检测模块在逐一沿着横轴X1与纵轴Y1比对亮度分布值时可检测出此差异，从而判断此待测工件具有瑕疵。

举例来说，假设亮度分布阀值为10，区域G内的亮度分布值为20。则检测模块沿着横轴X1或Y1逐一检测时，则可发现区域G内的亮度分布值超过亮度分布阀值，从而检测出此待测工件具有瑕疵。

综上所述，本发明的瑕疵检测方法及装置，利用光源照射待测工件的待测区域，以其反射光投射至屏幕后，撷取并分析反射图像，判断待测工件是否有瑕疵，提升自动化瑕疵检测的正确性与便利性。

Claims (19)

1.一种瑕疵检测方法，其特征在于，包含：

依据一待测工件的结构，对该待测工件表面的至少一待测区域，决定至少一入射路径与至少一反射路径，该至少一待测区域、该至少一入射路径与该至少一反射路径均一一对应；

对该至少一待测区域中每一该待测区域，以一光源依据对应的该入射路径照射该待测区域；

对该至少一待测区域中每一该待测区域，依据对应的该反射路径，使该光源照射于该待测区域的反射光成像至一屏幕以得到至少一反射图像，该至少一反射图像与该至少一待测区域一一对应；以及

分析该至少一反射图像以判断该待测工件是否有瑕疵；

其中，该待测工件是指一凸面且可反光的工件。

2.根据权利要求1所述的瑕疵检测方法，其中依据该待测工件的结构，对该待测工件表面的该至少一待测区域，决定该至少一入射路径与该至少一反射路径的步骤中，是依据该待测工件的一计算机辅助设计立体图对该至少一待测区域，决定对应的该至少一入射路径以及至少一反射路径。

3.根据权利要求1所述的瑕疵检测方法，其中在以该光源照射该至少一待测区域的步骤中，其照射方式是以一机械手臂移动该光源与该屏幕或固定该光源与该屏幕并移动该待测工件。

4.根据权利要求1所述的瑕疵检测方法，其中若该至少一反射图像是一反射图像，则在判断该待测工件是否有瑕疵的步骤中包含：

比对关于该待测工件的一基准图像与该反射图像；

当该基准图像的至少一像素与该反射图像中对应的至少一像素的亮度差超过一亮度差阀值，则判断该待测工件具有瑕疵；以及

当该基准图像的每一像素与该反射图像中对应的每一像素的亮度差不超过该亮度差阀值，则判断该待测工件不具有瑕疵。

5.根据权利要求1所述的瑕疵检测方法，其中若该至少一反射图像是一反射图像，则在判断该待测工件是否有瑕疵的步骤中包含：

分析该反射图像中多个像素；

当该些像素中任意两相近像素的亮度差超过一亮度差阀值，则判断该待测工件具有瑕疵；以及

当该些像素中任意两相近像素的亮度差皆不超过该亮度差阀值，则判断该待测工件不具有瑕疵。

6.根据权利要求1所述的瑕疵检测方法，其中若该至少一反射图像是多张反射图像，则在分析该待测工件是否有瑕疵的步骤中包含：

对每一该反射图像计算对应的一平均亮度值，以得到多个平均亮度值；

若该些平均亮度值其中之一不属于一亮度区间，则判断该待测工件具有瑕疵；以及

若每一该平均亮度值均属于该亮度区间，则判断该待测工件不具有瑕疵。

7.根据权利要求1所述的瑕疵检测方法，其中若该至少一反射图像是多张反射图像，则在分析该待测工件是否有瑕疵的步骤中包含：

对每一该反射图像计算对应的一亮度分布值，以得到多个亮度分布值；

若该些亮度分布值其中之一超过一亮度分布阀值，则判断该待测工件具有瑕疵；以及

若每一该亮度分布值均不超过该亮度分布阀值，则判断该待测工件不具有瑕疵。

8.根据权利要求7所述的瑕疵检测方法，其中该亮度分布值是指对应该反射图像的像素亮度变异数。

9.一种瑕疵检测装置，其特征在于，所述检测装置包含：

一控制模块，用以依据一待测工件的结构，对该待测工件表面的至少一待测区域，决定至少一入射路径与至少一反射路径，该至少一待测区域、该至少一入射路径与该至少一反射路径均一一对应；

一光源模块，用以对该至少一待测区域中每一该待测区域，依据对应的该入射路径照射该待测区域；

一屏幕，用以对该至少一待测区域中每一该待测区域，依据对应的该反射路径，使该光源照射于该待测区域的反射光成像至该屏幕以得到至少一反射图像，该至少一反射图像与该至少一待测区域一一对应；以及

一检测模块，用以撷取并分析该至少一反射图像以判断该待测工件是否有瑕疵；

其中，该待测工件是指一凸面且可反光的工件。

10.根据权利要求9所述的瑕疵检测装置，其中该光源模块是指一面型激光光源。

11.根据权利要求9所述的瑕疵检测装置，其中该光源模块依据该待测工件的一计算机辅助设计立体图决定该入射路径以照射该至少一待测区域。

12.根据权利要求9所述的瑕疵检测装置，其中该待测区域是指该待测工件的部分表面。

13.根据权利要求9所述的瑕疵检测装置，其中该检测模块还包含：

一图像撷取单元，用以撷取该至少一反射图像；

一存储单元，该存储单元与该图像撷取单元电性连接，用以存储该图像撷取单元撷取的该至少一反射图像；以及

一运算单元，该运算单元与该存储单元电性连接，用以根据该至少一反射图像分析该待测工件是否有瑕疵。

14.根据权利要求13所述的瑕疵检测装置，其中若该至少一反射图像是一反射图像，则在该检测模块分析该待测工件是否有瑕疵中包含：

该运算单元比对存储在该存储单元的一基准图像与该图像撷取单元撷取的该反射图像；

当该基准图像的至少一像素与该反射图像中对应的至少一像素的亮度差超过一亮度差阀值，则该运算单元判断该待测工件具有瑕疵；以及

当该基准图像的每一像素与该反射图像中对应的每一像素的亮度差不超过该亮度差阀值，则该运算单元判断该待测工件不具有瑕疵。

15.根据权利要求13所述的瑕疵检测装置，其中若该至少一反射图像是一反射图像，则在该检测模块分析该待测工件是否有瑕疵中包含：

该运算单元分析该图像撷取单元撷取的该反射图像中多个像素；

当该些像素中任意两相邻像素的亮度差超过一亮度差阀值，则该运算单元判断该待测工件具有瑕疵；以及

当该些像素中任意两相邻像素的亮度差皆不超过该亮度差阀值，则该运算单元判断该待测工件不具有瑕疵。

16.根据权利要求13所述的瑕疵检测装置，其中若该至少一反射图像是多张反射图像，则在该检测模块分析该待测工件是否有瑕疵中包含：

该运算单元对该图像撷取单元撷取的每一该反射图像计算对应的一平均亮度值，以得到多个平均亮度值；

若该些平均亮度值其中之一不属于一亮度区间，则该运算单元判断该待测工件具有瑕疵；以及

若每一该平均亮度值均属于该亮度区间，则该运算单元判断该待测工件不具有瑕疵。

17.根据权利要求13所述的瑕疵检测装置，其中若该至少一反射图像是多张反射图像，则在该检测模块分析该待测工件是否有瑕疵中包含：

该运算单元对该图像撷取单元撷取的每一该反射图像计算对应的一亮度分布值，以得到多个亮度分布值；

若该些亮度分布值其中之一超过一亮度分布阀值，则该运算单元判断该待测工件具有瑕疵；以及

若每一该亮度分布值均不超过该亮度分布阀值，则该运算单元判断该待测工件不具有瑕疵。

18.根据权利要求17所述的瑕疵检测装置，其中该亮度分布值是指对应该反射图像的像素亮度变异数。

19.根据权利要求9所述的瑕疵检测装置，其中当该光源模块照射该至少一待测区域时，其照射方式是以一机械手臂移动该光源模块或固定该光源模块并移动该待测工件。